Supramolecular Photosensitizer Enables Oxygen-Independent Generation of Hydroxyl Radicals for Photodynamic Therapy

化学 光化学 光动力疗法 光敏剂 激进的 单线态氧 超分子化学 氧气 氧化剂 电子转移 光诱导电子转移 电子受体 组合化学 有机化学 分子
作者
Kun‐Xu Teng,Li‐Ya Niu,Qing‐Zheng Yang
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:145 (7): 4081-4087 被引量:248
标识
DOI:10.1021/jacs.2c11868
摘要

The highly oxygen-dependent nature of photodynamic therapy (PDT) limits its therapeutic efficacy against hypoxic solid tumors in clinics, which is an urgent problem to be solved. Herein, we develop an oxygen-independent supramolecular photodynamic agent that produces hydroxyl radical (•OH) by oxidizing water in the presence of intracellularly abundant pyruvic acid under oxygen-free conditions. A fluorene-substituted BODIPY was designed as the electron donor and coassembled with perylene diimide as the electron acceptor to form the quadruple hydrogen-bonded supramolecular photodynamic agent. Detailed mechanism studies reveal that intermolecular electron transfer and charge separation upon light irradiation result in an efficient generation of radical ion pairs. Under oxygen-free conditions, the cationic radicals directly oxidize water to generate highly cytotoxic •OH, and the anionic radicals transfer electrons to pyruvic acid, realizing the catalytic cycle. Thus, this photodynamic agent exhibited superb photocytotoxicity even under severe hypoxic environments and excellent in vivo antitumor efficacy on HeLa-bearing mouse models. This work provides a strategy for constructing oxygen-independent photodynamic agents, which opens up an avenue for effective PDT against hypoxic tumors.
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